способ определения расхода компонентов многофазной среды
Классы МПК: | G01F1/74 приборы для измерения потока жидкости, газа или сыпучего твердого материала, находящегося во взвешенном состоянии в другой текучей среде G01F1/708 измерением времени, необходимого для прохождения фиксированного расстояния G01F1/66 измерением частоты, фазового сдвига, времени распространения электромагнитных или других волн, например ультразвуковые расходомеры |
Автор(ы): | Мельников В.И., Дробков В.П. |
Патентообладатель(и): | Мельников Владимир Иванович, Дробков Владимир Петрович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-03-02 публикация патента:
20.09.1999 |
Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности для измерения содержания компонентов многофазной среды. Внутри трубопровода в контролируемом объеме потока устанавливают источник и приемник акустических импульсов. Фиксируют время прохождения импульсов через контролируемый объем. Определяют количество импульсов, не зарегистрированных в течение зафиксированного промежутка времени, и их долю по отношению к общему количеству импульсов. Измеряют скорость движения потока и вычисляют расход компонентов по приводимым формулам. Измерение скорости осуществляют методом корреляции, используя дополнительный контролируемый объем, расположенный со смещением по ходу движения потока, либо доплеровским методом. Изобретение позволяет более эффективно и с меньшими погрешностями определять расход компонентов потока нефти с неоднородностями в виде газовых пузырей. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Способ определения расхода компонентов многофазной среды в виде жидкой фазы из нефти и воды с газовыми образованиями, включающий зондирование потока акустическими импульсами, направленными от источника излучения перпендикулярно к оси трубопровода, регистрацию прошедших через среду импульсов расположенным напротив источника излучения приемником и измерение скорости движения потока, отличающийся тем, что зондирование и регистрацию проводят внутри трубопровода в ограниченном контролируемом объеме потока, образованном парой источник излучения-приемник, фиксируют время![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
Qг=V
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
Qн= V
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
Qв= V
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
где Qг, Qн, Qв - объемные расходы газа, нефти и воды соответственно;
V - скорость движения потока;
S - поперечное сечение трубопровода;
d = No/N;
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей, химической и других отраслях промышленности для измерения содержания компонентов многофазной среды. Известен способ измерения массового расхода жидких и газообразных сред, сущность которого заключается в следующем. В поток излучают акустическую цилиндрическую волну и измеряют ее частоту, по которой определяют плотность среды. Дополнительно в поток излучают нормальную волну по частоте, соответствующей одной из критических ряда![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138013/969.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/961.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/961.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/961.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/961.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/961.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/961.gif)
Qг= Vг
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138012/981.gif)
Qж= Vж
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138012/981.gif)
где Qг и Qж - соответственно расход газовой и жидкой фаз;
Vг и Vж - соответственно скорость движения газовой и жидкой фаз;
S - поперечное сечение трубопровода;
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138012/981.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/961.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/961.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138012/981.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/961.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/961.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/961.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/961.gif)
определяют объемную концентрацию нефти в жидкой фазе. Объемный расход нефти вычисляют по формуле:
Qн=
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138012/981.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
Однако известный способ, принятый авторами за прототип, имеет существенные недостатки. В частности, при использовании в качестве источника импульсов акустических преобразователей возникают весьма большие потери ультразвука в многофазной среде. Это происходит из-за того, что источник и приемник расположены с наружной стороны трубопровода на довольно значительном удалении друг от друга. Поэтому в реальных условиях эксплуатации принять излучаемые импульсы не удается. Опытным путем обнаружено, что уменьшение амплитуды ультразвуковых импульсов на частоте 3 Мгц в водонефтегазовой эмульсии может составить величину порядка 10000 дБ/м. В качестве источника излучения в способе по прототипу рассмотрен также
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/947.gif)
Qг = V
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
Qн= V
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
Qв= V
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
где Qг, Qн и Qв - объемные расходы газа, нефти и воды соответственно;
V- скорость движения потока;
S - поперечное сечение трубопровода;
d - доля количества исчезнувших импульсов от общего количества импульсов, равная No/N,
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
(
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
Приведенные выше соотношения обусловлены физической природой компонентов: скорость звука в воде выше скорости звука в нефти, а скорость звука в смеси вода - нефть зависит линейно от объемной концентрации воды и нефти. Появление в ограниченном объеме газовых включений приводит к полному затуханию ультразвуковых импульсов, вызванному практически нулевым акустическим волновым сопротивлением газовой фазы. Измерение скорости движения потока осуществляют либо методом корреляции, используя дополнительный контролируемый объем, расположенный со смещением по ходу движения потока, и фиксируя пульсации амплитуд принятых импульсов в первом и втором контролируемых объемах, либо доплеровским методом, зондируя движущийся поток импульсами от дополнительного источника, направленными навстречу потоку. В патентной и научно-технической литературе не обнаружены сведения о заявляемом объекте изобретения с аналогичной совокупностью существенных признаков. Для иллюстрации реализации предлагаемого способа представлен чертеж. Внутри трубопровода 1 в потоке многофазной среды 2 расположены источник излучения 3 и приемник 4, образующие контролируемый объем 5. Расстояние между источником и приемником, их линейные размеры определяют из следующих условий. Во-первых, амплитуда принимаемых импульсов должна быть существенно выше уровня шумов (не менее чем в 10 раз) в реальных условиях эмульгирования водо-нефте-газового потока. Во-вторых, время пробега импульсов от излучателя к приемнику должно быть достаточно большим для определения временных интервалов с необходимой точностью. Импульсы с выхода генератора 6 преобразуются в акустические, излучаются источником 3, проходят контролируемый объем 5, принимаются приемником 4 и подаются на блок измерения временных интервалов 7 и блок измерения амплитуды импульсов 8. Для вычисления скорости потока методом взаимной корреляции по ходу движения потока устанавливают дополнительную пару - источник излучения 9 - приемник 10, образующие второй контролируемый объем 11. Приемник подключен ко второму блоку измерения амплитуды импульсов 12. Блоки 7, 8, 12, а также синхровыход генератора 6 подключены к электронно-вычислительному блоку 13. Блок 13, выполненный на базе, например, микропроцессора, производит следующие вычисления:
- определение функции взаимной корреляции пульсаций амплитуд акустических сигналов, прошедших контролируемые объемы 5 и 11, координата максимума которой
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
V = L/
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
где L - расстояние между контролируемыми объемами 5 и 11;
- определение доли исчезнувших импульсов в контролируемом объеме 5 по резкому уменьшению амплитуды импульсов на выходе блока 8 (более чем в 2 раза), d-No/N,
- определение интервала времени между посылкой импульса генератором 6 и его приемом блоком 7,
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
- определение расхода компонентов среды по формулам:
Qг = V
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
Qн= V
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
Qв= V
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
Перед началом эксплуатации измерительную систему калибруют в товарной нефти и подтоварной воде на объекте измерений, погружая датчик сначала в нефть и фиксируя
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
![способ определения расхода компонентов многофазной среды, патент № 2138023](/images/patents/333/2138023/964.gif)
1. П. РФ N 2068543, G 01 F 1/66 от 27.10.96. 2. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества, Л., Машиностроение, 1989, с. 645-649.
Класс G01F1/74 приборы для измерения потока жидкости, газа или сыпучего твердого материала, находящегося во взвешенном состоянии в другой текучей среде
Класс G01F1/708 измерением времени, необходимого для прохождения фиксированного расстояния
Класс G01F1/66 измерением частоты, фазового сдвига, времени распространения электромагнитных или других волн, например ультразвуковые расходомеры